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HINTERGRUND
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Der
in diesem Dokument offenbarte Gegenstand betrifft das Gebiet elektrischer
Maschinen und im Besonderen ein Verfahren zum Wickeln eines Kernglieds
für einen
Elektromotor.
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Ein
Mehrphasenmotorkern umfasst eine Wicklung mit mehreren Leitern aus
Draht, die mit einem magnetischen Rückschlusskern zusammenwirken,
der mehrere Zahnglieder aufweist, die einen Abschnitt eines Stators
bilden. Jeder Leiter ist um einen geeigneten Zahn gewickelt und
dann an einen Hauptleiter für
jede Phase angeschlossen. Im Fall eines Dreiphasenmotors kann dies
zahlreiche Anschlüsse zur
Folge haben. Demnach ist die Mehrphasenwicklung kein einfach zu
automatisierender Vorgang. Insbesondere muss beim Bauen von Mehrphasenelektromotoren
jede Kernwicklung von Hand hergestellt werden, um die geeignete
Trennung zwischen allen Phasen sowie zwischen jeder Phase und einem
Neutralleiter zu gewährleisten.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Wickeln eines Elektromotorkernglieds
das kontinuierliche Wickeln eines einzigen Leiters um einen Abschnitt
eines Elektromotorkernglieds und das Trennen des einzigen, kontinuierlich gewickelten
Leiters in mehrere Phasenwicklungen.
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Diese
und andere Vorteile und Merkmale werden durch die folgende Beschreibung
in Verbindung mit den Zeichnungen weiter verdeutlicht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Der
als die Erfindung betrachtete Gegenstand wird in den auf diese Beschreibung
folgenden Ansprüchen
konkret hervorgehoben und klar beansprucht. Die oben genannten und
andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen deutlich aus der
folgenden ausführlichen
Beschreibung in Zusammenschau mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
Es zeigen:
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1 eine
Aufrissansicht eines Elektromotorkernglieds gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
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2 eine
in Einzelteile auseinander gezogene Ansicht eines Segments des Elektromotorkernglieds
aus 1;
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3 eine
perspektivische Aufrissansicht des Segments des Elektromotorkernglieds
aus 2 von oben und vorne;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Segments des Elektromotorkernglieds
aus 1 von unten und hinten;
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Segments des Elektromotorkernglieds
aus 4, welches eine kontinuierliche Mehrphasenwicklung umfasst,
von unten und hinten;
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6 eine
perspektivische Aufrissansicht des Segments des Mehrphasen-Elektromotorkernglieds
aus 5 von oben und vorne; und
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7 eine
schematische Ansicht, welche die Anschlüsse der kontinuierlichen Mehrphasenwicklung
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Auf 1–4 Bezug
nehmend ist ein gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
konstruiertes Elektromotorkernglied allgemein mit 2 gekennzeichnet.
Das Elektromotorkernglied 2 ist aus mehreren Segmenten
gebildet, von denen eines mit 3 gekennzeichnet ist. Bei
der dargestellten beispielhaften Ausführungsform umfasst das Elektromotorkernglied 2 acht
(8) Segmente 3. Jedes Segment 3 umfasst einen
Hauptkörper 4,
der einen Innendurchmesserabschnitt 6 mit einer inneren
bogenförmigen
Oberfläche 7 und
einen Außendurchmesserabschnitt 8 mit
einer äußeren bogenförmigen Oberfläche 9 aufweist.
Wie nachstehend ausführlicher
dargelegt wird, wird der Hauptkörper 4 durch
Verbinden eines ersten oder Phasenleiterabschnitts 10,
der mindestens einen ersten Oberflächenabschnitt 11 aufweist,
mit einem zweiten oder Neutralleiterabschnitt 12, der mindestens
ein erstes Oberflächenteilstück 13 aufweist,
gebildet. Nachdem der Phasenleiterabschnitt 10 und der
Neutralleiterabschnitt 12 verbunden wurden, umfasst das
Segment 3 mehrere Spulenisolatorglieder 15–17.
Da alle Spulenisolatorglieder 15–17 im Wesentlichen
identisch sind, folgt eine ausführliche
Beschreibung in Bezug auf Spulenisolatorglied 15, wobei
es sich versteht, dass die übrigen
Spulenisolatorglieder 16 und 17 gleichartig konstruiert
sind.
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Das
Spulenisolatorglied 15 umfasst einen Spulenisolatorabschnitt 23,
der von der inneren bogenförmigen
Oberfläche 6 an
dem Phasenleiterabschnitt 10 seitlich nach außen vorsteht,
und ein Spulenisolatorteilstück 24,
das von der inneren bogenförmigen
Oberfläche 6 an
dem Neutralleiterabschnitt 12 seitlich nach außen vorsteht.
Der Spulenisolatorabschnitt 23 umfasst einen Spulenanschlagabschnitt 27,
während
das Spulenisolatorteilstück 24 einen Spulenanschlagabschnitt 28 umfasst.
Darüber
hinaus umfasst der Phasenleiterabschnitt 10 mehrere Schnappelemente,
von denen eines mit 34 gekennzeichnet ist und welche von
dem ersten Oberflächenabschnitt 11 axial
nach außen
vorstehen. Der Neutralleiterabschnitt 12 umfasst mehrere
Schnappglieder, von denen eines mit 35 gekennzeichnet ist
und welche von dem ersten Oberflächenteilstück 13 axial nach
außen
vorstehen. Bei dieser Ausgestaltung wird der Phasenleiterabschnitt 10 mit
dem Neutralleiterabschnitt 12 einschnappend verbunden,
um das Segment 3 zu bilden, wobei das Spulenisolatorglied 15 aus
dem Spulenisolatorabschnitt 23 und dem Spulenisolatorteilstück 24 gebildet
wird. Nachdem es gebildet wurde, umfasst das Spulenisolatorglied 15 einen
Spulenanschlag 37, der durch den Spulenanschlagabschnitt 27 und
das Spulenanschlagteilstück 28 gebildet
wird. Mit dieser Anordnung werden mehrere Segmente 3 um
einen magnetischen Rückschluss 40 herum
einschnappend miteinander verbunden, um ein Kernglied 2 zu
bilden.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
umfasst das Segment 3 ein erstes Wandglied 60,
ein zweites Wandglied 61, ein drittes Wandglied 62 und
ein viertes Wandglied 63. Jedes Wandglied 60–63 erstreckt
sich von der äußeren bogenförmigen Oberfläche 9 seitlich
nach außen.
Darüber
hinaus sind alle Wandglieder 60–63 voneinander beabstandet,
um mehrere Leitertrennkanäle
zu bilden. Insbesondere bilden ein erstes Wandglied 60 und
ein zweites Wandglied 61 einen ersten Leitertrennungskanal 67,
ein zweites Wandglied 61 und ein drittes Wandglied 62 einen
zweiten Leitertrennungskanal 68 und ein drittes Wandglied 62 und
ein viertes Wandglied 63 einen dritten Leitertrennungskanal 69.
Wie nachstehend ausführlicher
besprochen wird, sehen die Leitertrennungskanäle 67–69 einen
Durchgang für einen
elektrischen Leiter vor, wobei die Wandglieder 60–63 für die elektrische
Trennung zwischen Phasenabschnitten des Leiters sorgen.
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Ferner
umfasst gemäß den beispielhaften Ausführungsformen
der Phasenleiterabschnitt 10 mehrere Leitereintrittsglieder,
die einen Durchgang von jeweiligen Leitertrennungskanälen 67–69 zu
entsprechenden Spulenisolatorgliedern 15–17 vorsehen.
Insbesondere umfasst der Phasenleiterabschnitt 10 ein erstes
Leitereintrittsglied 72, das von dem ersten Leitertrennungskanal 67 zu
dem Spulenisolatorglied 15 führt, ein zweites Leitereintrittsglied 73,
das von dem zweiten Leitertrennungskanal 68 zu dem Spulenisolatorglied 16 führt, und
ein drittes Leitereintrittsglied 74, das von dem dritten Leitertrennungskanal 69 zu
dem Spulenisolatorglied 17 führt. Um für ausreichende Beabstandung
und Zugang zu jedem Spulenisolatorglied 15–17 zu
sorgen, erstrecken sich die Wandglieder 60–63 in
einem sinusförmigen
Muster über
die äußere bogenförmige Oberfläche 9.
Neben den Wandgliedern 60–63 an dem Phasenleiterabschnitt 10 umfasst
der Neutralleiterabschnitt 12 ein fünftes Wandglied 80 und
ein sechstes Wandglied 81, die von der äußeren bogenförmigen Oberfläche 9 seitlich
nach außen
vorstehen, um einen vierten Leitertrennungskanal 83 zu
bilden. Auf eine der oben beschriebenen ebenfalls ähnliche
Weise umfasst der Neutralleiterabschnitt 12 mehrere Neutralleitereintrittsglieder 87,
die einen Durchgang für
einen neutralen Abschnitt des Leiters 100 zu jedem der
mehreren Spulenisolatorglieder 15–17 vorsehen.
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Beim
Beschreiben eines Verfahrens zum Wickeln des elektrischen Kernglieds 2 mit
einem einzigen, kontinuierlichen Leiter 100 wird nunmehr
auf 1 und 5–7 Bezug
genommen. Gemäß der beispielhaften
Ausführungsform
wird der einzige Leiter 100 kontinuierlich um das elektrische
Kernglied 2 gewickelt. Der einzige, kontinuierliche Leiter 100 wird
zunächst
um einen Stift A gewickelt, zu dem Leitertrennungskanal 69 hin
geführt,
durch das erste Leitereintrittsglied 74 hindurchgeführt und
in eine erste Richtung um ein erstes der mehreren Spulenisolatorglieder
gewickelt, um einen ersten Pol A1 zu bilden. Dann wird der Leiter 100 von
dem ersten Pol A1 durch das Neutralleitereintrittsglied 87,
den Trennungskanal 83 entlang, um den Stift N4 herum und durch
ein anderes Neutralleitereintrittsglied 87 geführt und
in eine zweite Richtung um ein zweites der mehreren Spulenisolatorglieder
gewickelt, um einen zweiten Pol A2 zu bilden.
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An
diesem Punkt wird der Leiter 100 durch das Leitereintrittsglied 74 geführt, welches
Pol A2 zugeordnet ist, den Trennungskanal 69 entlang geführt, um
den Stift A gewickelt und in den Leitertrennungskanal 69 zurück geführt. Dann
wird der Leiter 100 durch ein anderes Leitereintrittsglied 74 geführt und in
die erste Richtung um ein weiteres der mehreren Spulenisolatorglieder
gewickelt, um einen dritten Pol A3 zu bilden. Der Leiter 100 wird
dann durch das zugeordnete Neutralleitereintrittsglied 87 und
den Trennungskanal 83 entlang geführt und um den Stift N2 gewickelt.
Dann wird der Leiter 100 in den Trennungskanal 83 zurück geführt, durch
ein Neutralleitereintrittsglied 87 geführt und in die zweite Richtung um
ein anderes Spulenisolatorglied gewickelt, um einen vierten Pol
A4 zu bilden.
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Vom
Pol A4 wird der Leiter 100 durch das zugeordnete Leitereintrittsglied 74 und
in den Trennungskanal 69 zurück geführt. Der Leiter 100 wird
um den Stift A gewickelt und zu dem Trennungskanal 69 zurück geführt, ehe
er zu einem anderen Leitereintrittsglied 74 geführt und
in die erste Richtung um ein anderes Spulenisolatorglied gewickelt
wird, um einen fünften
Pol A5 zu bilden. Dann wird der Leiter 100 durch das zugeordnete
Neutralleitereintrittsglied 87 und den Trennungskanal 83 entlang
geführt
und um den Stift N1 gewickelt. Dann wird der Leiter 100 in den
Trennungskanal 83 zurück
geführt,
durch ein Neutralleitereintrittsglied 87 geführt und
in die zweite Richtung um ein anderes Spulenisolatorglied gewickelt,
um einen sechsten Pol A6 zu bilden.
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Schließlich wird
der Leiter 100 durch das zugeordnete Leitereintrittsglied 74 und
in den Trennungskanal 69 zurück geführt. Der Leiter 100 wird
um den Stift A gewickelt und zu dem Trennungskanal 69 zurück geführt, ehe
er zu einem anderen Leitereintrittsglied 74 geführt und
in die erste Richtung um ein anderes Spulenisolatorglied gewickelt
wird, um den siebten Pol A7 zu bilden. Dann wird der Leiter 100 durch
das zugeordnete Neutralleitereintrittsglied 87 und den
Trennungskanal 83 entlang geführt und um den Stift N3 gewickelt.
Der Leiter 100 wird dann in den Trennungskanal 83 zurück geführt, durch
ein Neutralleitereintrittsglied 87 geführt und in die zweite Richtung
um ein anderes Spulenisolatorglied gewickelt, um einen achten Pol
A8 zu bilden, ehe er zu Stift A zurück geführt wird, wodurch die Ausbildung des
Phase A zugeordneten ersten Satzes von Polen abgeschlossen ist.
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Nach
dem Ausbilden des ersten Satzes von Polen wird der Leiter 100 von
Stift A in den Trennungskanal 68 geführt und um Stift B gewickelt.
Von Stift B wird der Leiter 100 durch den Trennungskanal 68 geführt, durch
das Leitereintrittsglied 73 geführt und in die erste Richtung
um ein anderes Spulenisolatorglied gewickelt, um einen ersten Pol
B1 zu bilden. Der Leiter 100 wird von dem ersten Pol B1
durch das Neutralleitereintrittsglied 87, den Trennungskanal 83 entlang,
um den Stift N4 und durch ein anderes Neutralleitereintrittsglied 87 geführt und
in eine zweite Richtung um ein zweites der mehreren Spulenisolatorglieder
gewickelt, um einen zweiten Pol B2 zu bilden. Dieser Vorgang wird
fortgesetzt, bis die Pole B3–B8
auf eine der oben beschriebenen ähnliche
Weise gebildet wurden. Nach dem Ausbilden des zweiten Satzes von
Polen B wird der Leiter 100 verwendet, um einen dritten
Satz von Polen C auf eine der oben beschriebenen ähnliche
Weise auszubilden. Beim Ausbilden der Pole C1–C8 wird der Leiter 100 durch
den Trennungskanal 67 und die Eintrittsglieder 72 geführt. Nachdem
er fertig gewickelt wurde, wird der Leiter 100 an den entsprechenden
Punkten getrennt oder durchschnitten oder zusammengefügt, beispielsweise
an den Stiften N1–N4,
um mehrere Phasenwicklungen, d. h. die Phasenwicklungen A–C, herzustellen.
Bei dieser Anordnung wird das Elektromotorkernglied mit einem einzigen,
kontinuierlichen Leiter gewickelt, wodurch eine Automatisierung
der Montage ermöglicht
wird.
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Im
Allgemeinen greift diese schriftliche Darlegung auf Beispiele zurück, um beispielhafte
Ausführungsformen
einschließlich
der besten Ausführungsform
zu offenbaren und auch um jeder fachkundigen Person zu ermöglichen,
die beispielhafte Ausführungsform
zu realisieren, einschließlich
des Herstellens und Verwendens jedweder Vorrichtungen oder Systeme
und des Durchführens
jedweder eingebundener Verfahren. Der patentfähige Umfang der beispielhaften
Ausführungsform
wird durch die Ansprüche
definiert und kann andere von Fachkundigen ersonnene Beispiele umfassen.
Derartige andere Beispiele gelten als unter den Umfang beispielhafter Ausführungsformen
fallend, wenn sie Bauelemente aufweisen, die nicht vom Wortlaut
der Ansprüche
abweichen, oder wenn sie äquivalente
Bauelemente mit unwesentlichen Abweichungen vom Wortlaut der Ansprüche umfassen.